KR100257779B1 - 전자관용 음극 - Google Patents

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KR100257779B1
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리이치 곤도
마사토 사이토
다쿠야 오히라
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긴지로 사노
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다니구찌 이찌로오
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
기타오카 다카시
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Abstract

브라운관 등에 사용되는 전자관용 음극에 관한 것으로서, 장기간의 동작시에 있어서의 기체금속(1)의 열응력에 의한 변형을 방지하고 컷오프 전압의 변동을 억제하는 것에 의해, 고휘도, 고선명도의 브라운관으로의 적용이 가능한 전자관용 음극을 얻기 위해, 주성분이 니켈로 이루어지고 적어도 1종류의 환원제를 함유하여 이루어지는 기체금속(1), 이 기체금속(1)에 함유된 환원제 중의 적어도 1종류의 환원제와 환원성이 동일 또는 작고 또한 니켈보다 환원성이 큰 금속을 주성분으로 해서 기체금속(1)의 표면상에 형성되는 금속층(50), 이 금속층(50)상에 바륨을 함유하는 알카리토류 금속산화물을 피착해서 형성되는 전자방사 물질층(20)을 구비한 전자관용 음극에 있어서, 금속층(50)은 기체금속표면의 일부를 덮도록 형성됨과 동시에 전자방사 물질층(20)은 금속층 및 기체금속표면 모두를 덮도록 형성되는 구성으로 하였다.
이러한 구성에 의해, 고휘도, 고선명도의 브라운관으로의 적용이 가능한 전자관용 음극을 얻을 수 있고, 기체금속 및 기체금속의 상부에 형성된 전자방사 물질층의 경시적인 변형에 기인하는 브라운관 등의 전자관의 컷오프특성의 변동을 억제할 수 있으므로, 장기간에 걸쳐서 발색의 불균형이나 휘도의 변동이 발생하지 않는 고품위의 전자관용 음극을 제공할 수 있다는 효과가 있다.

Description

전자관용 음극
제1도는 본 발명의 실시예 1인 전자관용 음극을 도시한 확대단면도.
제2도는 본 발명의 실시예 1인 전자관용 음극의 수명시험중에 있어서의 컷오프 전압의 변동율을 도시한 도면.
제3도는 본 발명의 실시예 2인 전자관용 음극을 도시한 확대단면도.
제4도는 본 발명의 실시예 2인 전자관용 음극의 수명시험중에 있어서의 컷오프 전압의 변동율을 도시한 도면.
제5도는 본 발명의 실시예 3인 전자관용 음극을 도시한 확대단면도.
제6도는 본 발명의 실시예 3인 전자관용 음극의 수명시험중에 있어서의 컷오프 전압의 변동율을 도시한 도면.
제7도는 본 발명의 실시예 4에 의한 전자관용 음극의 구조를 도시한 도면.
제8도는 본 발명의 실시예 4에 의한 전자관용 음극의 수명시험중의 컷오프 전압의 변동을 도시한 도면.
제9도는 본 발명의 실시예 4에 의한 전자관용 음극의 수명시험후의 음극의 단면을 도시한 도면.
제10도는 본 발명의 실시예 5에 의한 전자관용 음극의 구조를 도시한 도면.
제11도는 본 발명의 실시예 5에 의한 전자관용 음극의 수명시험중의 컷오프 전압의 변동을 도시한 도면.
제12도는 본 발명의 실시예 5에 의한 전자관용 음극의 수명시험후의 음극의 단면을 도시한 도면.
제13도는 본 발명의 실시예 6에 의한 전자관용 음극의 구조를 도시한 도면.
제14도는 본 발명의 실시예 6에 의한 전자관용 음극의 수명시험중의 컷오프 전압의 변동을 도시한 도면.
제15도는 본 발명의 실시예 6에 의한 전자관용 음극의 수명시험후의 음극의 단면을 도시한 도면.
제16도는 본 발명의 실시예 7에 의한 열처리온도에 대한 수명시험후의 컷오프 변화를 도시한 도면.
제17도는 종래예 1의 전자관용 음극을 도시한 확대단면도.
제18도는 종래예 2의 전자관용 음극의 구조를 도시한 도면.
제19도는 브라운관의 전자총을 설명하기 위한 개념도.
제20도는 종래예 2의 전자관용 음극의 수명시험후의 음극의 단면을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기체(基體)금속 2,20,25,26 : 전자방사 물질층
3 : 히터 4 : 슬리브
5,5a,5b,50,51 : 금속층 6,6a,6b,60 : 금속분말층
21 : 알칼리토류 금속산화물 22 : 희토류 금속산화물
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 브라운관 등에 사용되는 전자관용 음극에 관한 것으로서, 특히 장기간의 브라운관 동작중에 있어서의 컷오프 전압의 변동을 억제하기 위한 기술에 관한 것이다.
제17도는 일본국 특허공개공보 평성 3-257735호에 개시된 텔레비젼 수상기용 브라운관에 사용되고 있는 종래예 1의 음극을 도시한 도면이다. 도면에 있어서, (1)은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량 함유하고 니켈(Ni)를 주성분으로 하는 한쪽끝이 폐쇄된 모자형상의 기체금속(metallic base body)으로서, 대략 원통형상을 나타내는 슬리브(4)의 한쪽 끝에 씌워서 그 측벽부가 용접고정되어 있다. (2)는 전자방사 물질층으로서, 이 전자방사 물질층(2)는 적어도 바륨(Ba)를 함유하고 그밖에 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)를 함유하는 3원의 알칼리토류 금속산화물(21) 중으로 산화스칸듐 등의 희토류 금속산화물(22)를 분산시킨 구성이다. (3)은 상기 슬리브(4)내에 마련된 히터로서, 그 히터(3)을 가열하는 것에 의해 기체금속(1)이 가열되고 전자방사 물질층(2)에서 열전자를 방출시키는 것이다. (5)는 기체금속(1)상에 형성되고 기체금속중에 함유되어 있는 환원성 원소보다 환원성이 작고 또한 기체금속(1)의 주성분인 니켈보다 환원성이 큰 금속으로 이루어지는 금속층으로서, 이 금속층(5) 상면에 전자방사 물질층(2)가 피복형성되어 있다.
다음에, 이와 같이 구성된 전자관용 음극의 제조방법에 대해서 설명한다. 우선, 기체금속(1)의 표면에 금속층(5)로 되는 텅스텐을 0.2∼2μm의 두께로 형성한다. 다음에, 전자방사 물질층(2)를 피착형성한다. 이 피착형성의 수순은 우선, 바륨, 스트론튬, 칼슘의 3원 탄산염과 소정량의 산화스칸듐을 니트로셀룰로오스로 이루어지는 바인더 및 초산부틸로 이루어지는 유기용제와 함께 혼합해서 현탁액을 제작하고, 이 현탁액을 기체금속(1)의 꼭대기부에 형성된 금속층(5)상에 스프레이법 등으로 도포하는 것에 의해 형성된다. 전자방사 물질층(2)가 도포된 후 이 음극은 전자총에 조립되고 다음에 브라운관의 배기공정중에 히터(3)에 의해 가열된다. 이때, 3원 탄산염은 열분해에 의해 알칼리토류 금속산화물(21)로 변화한다. 배기공정 후에 또 고온가열되고 활성화가 실행된다. 이때, 알칼리토류 금속산화물(21)의 일부가 환원되어 전자방사 물질층(2)가 반도체적 성질을 갖도록 활성화를 실행하는 것에 의해 기체금속(1)상에 알칼리토류 금속산화물(21)과 희토류 금속산화물(22)의 혼합물로 이루어지는 전자방사 물질층(2)가 형성된다.
이 활성화공정에 있어서, 알칼리토류 금속산화물(21)의 일부는 다음과 같이 반응한다. 즉, 기체금속(1)중에 함유된 실리콘, 마그네슘 등의 환원성 원소는 확산에 의해 금속층(5)와 전자방사 물질층(2)의 계면으로 이동하고 알칼리토류 금속산화물(21)과 반응한다. 예를 들면, 알칼리토류 금속산화물(21)로서 산화바륨(BaO)을 예로 하면 다음 식 1, 식 2와 같이 반응하는 것이다.
[화학식 1]
4BaO+Si=2Ba+Ba2SiO4
[화학식 2]
BaO+Mg=Ba+MgO
이 반응의 결과, 금속층(5)상에 피착형성된 알칼리토류 금속산화물(21)인 산화바륨(BaO)의 일부가 환원되어 산소결핍형의 반도체로 되고 전자방사가 용이하게 된다.
또, 알칼리토류 금속산화물(21)은 금속층(5)의 성분인 텅스텐과는 다음 식 3과 같이 반응하고 마찬가지로 산소결핍형의 반도체로 된다.
[화학식 3]
2BaO+1/3W=Ba+1/3Ba3WO6
일반적으로 산화물 음극인 경우에는 상술한 반응시에 생성되는 부생성물에 의해 중간층이라 불리는 바륨실리케이트(Ba2SiO4), 산화마그네슘(MgO)나 바륨텅스텐산염(Ba3WO6)가 금속층(5)와 전자방사 물질층(2)의 계면에 집중적으로 형성되므로, 이 중간층의 영향에 의해 마그네슘, 실리콘 및 텅스텐의 확산속도가 억제되고 그 결과 과잉 Ba의 공급부족이 발생하여 고전류 밀도동작을 제한한다. 한편, 전자방사 물질층(2)의 희토류 금속산화물(22)가 함유되는 경우는 산화스칸듐의 경우를 예로 들면 음극동작시의 금속층(5)와 전자방사 물질층(2)의 계면에서는 기체금속(1) 중 및 금속층(5)를 확산이동해 온 환원제의 일부와 산화스칸듐이 다음 식 4와 같이 반응해서 소량의 금속형상의 스칸듐이 생성되고 이 금속형상의 스칸듐은 상기 계면에 존재한다.
[화학식 4]
1/2Sc2O3+3/2Mg=Sc+3/2MgO
이 금속형상의 스칸듐은 금속층(5)상에 형성된 중간층, 예를 들면 Ba2SiO4를 다음 식 5와 같이 분해하는 작용을 갖고 있으므로, 과잉 Ba의 공급이 개선되고 희토류 금속산화물(22)가 함유되지 않는 경우보다 고전류 밀도동작이 가능하게 된다고 고려된다. 이와 같이, 기체금속(1)상에 금속층(5)를 형성한 전자관용 음극은 유리바륨의 생성이 풍부하고 고전류 밀도동작이 가능하다는 장점이 있다.
[화학식 5]
1/2Ba2SiO4+4/3Sc=Ba+1/2Si+2/3Sc2O3
또, 제18도는 텔레비젼용 브라운관이나 촬상관 등에 사용되고 있는 종래예 2의 전자관용 음극을 도시한 것이다.
도면에 있어서, (1)은 실리콘(Si)나 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량 함유하고 주성분이 니켈로 이루어져 있는 원반형상의 기체금속(단지 기체라고도 한다), (4)는 니크롬 등으로 구성된 음극슬리브, (3)은 음극슬리브(4)내에 마련된 히터, (5)는 기체금속(1)과 동일 정도의 직경을 갖고 기체금속(1)의 히터(3)과는 반대측의 면상의 전면에 걸쳐서 원형상으로 형성된 금속층으로서, 기체금속(1)에 함유되는 환원성 원소 중의 적어도 1종류와 환원성이 동등 또는 작고 또한 니켈보다 환원성이 큰 환원성 원소(예를 들면, 텅스텐(W)등)을 주성분으로 하고 있다.
또, (2)는 금속층(5)상에 피착해서 형성된 전자방사 물질층으로서, 적어도 바륨(Ba)를 함유하고 그밖에 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)를 함유하는 알칼리토류 금속산화물을 주성분으로 하고 0.1∼20중량%의 산화스칸듐(Sc2O3) 등의 희토류 금속산화물을 함유하고 있다.
전자방사 물질층(2)는 음극슬리브(4)내에 마련된 히터(3)의 가열에 의해 열전자를 방출한다.
이와 같이 구성된 전자관용 음극에 있어서, 기체금속(1)로의 금속층(5)의 형성 및 금속층(5)의 표면으로의 전자방사 물질층(2)의 피착방법에 대해서 설명한다.
우선, 텅스텐과 같은 환원성을 갖는 금속을 진공증착 등의 방법에 의해 막두께가 1μm정도로 되도록 기체금속(1)의 제어전극과의 대향면측(즉, 히터(3)과는 반대측)의 전면에 피착형성하고, 비산화성 분위기 중에서 열처리에 의해 금속층(5)의 소결, 재결정, 기체내로의 확산을 실행시킨다.
다음에, 바륨, 스트론튬, 칼슘의 3원탄산염과 소정량의 산화스칸듐을 바인더 및 용제와 함께 혼합한 현탁액을 스프레이법 등에 의해 금속층(5)상에 약 100μm정도의 두께로 도포하고 전자방사 물질층(2)를 형성한다.
다음에, 이 전자관용 음극이 브라운관에 조립되고 전자방사가 가능하게 될 때까지의 공정을 설명한다.
우선, 전자관용 음극은 음극가열을 위한 히터(3)과 함께 전자총에 조립되고 또 브라운관에 부착된 후 진공배기공정 중의 히터(3)에 의한 가열에 의해 3원 알칼리토류 금속탄산염을 그 산화물로 분해시킨다.
그후, 활성화공정중에 전자방사 물질층(2) 중의 알칼리토류 금속산화물은 기체금속(1) 중의 환원제에 의해 일부가 환원되고 산소결핍형의 반도체로 되어 열전자를 방사할 수 있는 상태로 된다.
이와 같은 전자관용 음극을 사용한 브라운관은 전자방사 물질층(2)에 산화스칸듐을 함유하고 있지 않은 전자관 음극 또는 금속층(5)를 형성하고 있지 않은 전자관용 음극에 비해 고전류 밀도동작이 가능하고 평균 3.0A/cm2의 전류밀도동작을 장기간에 걸쳐서 실행할 수 있었다.
덧붙여서, 전자방사 물질층(2)에 산화스칸듐을 함유하지 않고 또한 금속층(5)가 형성되어 있지 않은 전자관용 음극에서는 0.5A/cm2, 전자방사 물질층(2)에 산화스칸듐은 갖지만 금속층(5)가 형성되어 있지 않은 전자관용 음극에서는 2.0A/cm2의 전류밀도동작이었다.
다음에, 일반적인 브라운관의 전자총에 대해서 설명한다.
제19도는 일반적인 브라운관의 전자총의 개략구성을 도시한 개념도이다. 도면에 있어서, (7)은 제어전극, (8)은 가속전극, (9)는 집속전극, (10)은 적, 녹, 청을 발색하는 형광체가 도포된 표시용 패널과 일체로 되어 있는 고압전극, (11)은 기체금속(1), 음극슬리브(4), 히터(3), 금속층(5), 전자방사 물질층(2) 등으로 구성된 제18도에 도시한 바와 같은 전자관용의 음극이다.
또, 각 전극에는 전자빔 통과구멍이 적색, 녹색, 청색용의 각 전자빔에 대응해서 마련되어 있고, 이와 같은 전자총이 조립된 브라운관을 사용한 통상의 텔레비젼장치에 있어서는 제어전극(7), 가속전극(8), 집속전극(9), 고압전극(10)에 인가되는 전압은 고정되고, 음극(11)에서 유출되는 전류는 음극 자체에 인가되는 전압을 변조하는 것에 의해 제어된다.
예를 들면, 제어전극(7)의 전압을 기준으로 한 경우를 고려하면, 음극(11)에는 0∼컷오프 전압이, 또 가속전극(8)에는 +수백V(볼트)의 전압이 인가되고 있고, 음극(11)의 전압을 변조해서 제어전극(7)의 전압에 근접시키는 것에 의해 제어전극(7)의 전자빔 통과구멍을 통과해서 가속전극(8)로부터의 전계가 침투하여 전자가 방출된다.
여기에서, 컷오프 전압이라는 것은 음극(11) 이외의 각 전극의 인가전압을 일정하게 한 상태에 있어서 음극(11)에서 전자방사전류(전자빔이라고도 한다)가 흐르기 시작할 때의 음극전압이라고 정의한다.
또한, 집속전극(9) 및 고압전극(10)은 음극(11)에서 방출된 전자방사전류를 집속, 가속시키기 위해 마련되어 있다.
그런데, 브라운관의 특성을 결정하는 요소의 하나로 컷오프 전압이 있지만, 이 컷오프 전압은 일반적으로는 음극(11), 제어전극(7), 가속전극(8)의 3요소로 결정되고, 이들의 각 전극간의 거리, 전극두께, 전자빔 통과구멍의 형상에 의존해서 전자총의 종류에 의해 적정한 컷오프 전압범위에 들어가도록 설정되어 있다.
그러나, 상술한 금속층(5)를 형성한 전자관용 음극을 사용한 경우에는 브라운관의 장기간의 동작 중에 기체금속(1)이 서서히 변형되고, 금속층(5) 상에 형성된 전자방사 물질층(2)와 제어전극(7) 사이의 거리가 변동하므로, 초기에 설정된 적정한 컷오프 상태를 유지할 수 없게 된다.
다음에, 기체금속(1)이 변형하는 원인에 대해서 설명한다. 기체금속(1)에는 상술한 바와 같이 금속층(5)가 접합해서 형성되어 있으므로, 장기간의 동작중에 기체금속(1)을 구성하는 금속과 금속층(5) 중의 금속의 상호 확산이 발생하여 접합부 계면에 있어서 합금층이 생성된다.
그리고, 생성된 합금층은 그 열팽창율이 기체금속(1)의 금속의 것과는 다르므로, 응력완화에 의해 기체금속(1)의 변형을 일으키게 된다.
또한, 일반적으로 이종(異種)의 금속을 접합시켜서 1000℃ 정도의 고온에서 열처리를 실시한 경우, 접하고 있는 금속끼리가 상호 확산을 하여 접촉면을 중심으로 합금층이 형성된다.
또, 통상 생성한 합금은 원래 금속의 결정형과는 달리 텅스텐과 니켈의 합금에서는 팽창(체적의 증가)으로 되므로, 제20도에 도시한 바와 같이 하지의 니켈과의 작용에 의해 기체금속(1)의 전체가 금속층(5)측으로 볼록형상으로 만곡된다.
이 현상은 생성은 합금층이 형성된 면적이 클수록 현저하게 된다. 따라서, 제18도과 같이 기체금속(1)의 전면을 금속층이 덮고 있으면 그 변형량은 커진다.
이와 같은 합금층의 팽창에 의한 기체금속 및 금속층의 변형에 의해 결과적으로는 기체금속(1)상의 금속층(5)에 도포되어 있는 전자방사 물질층(2)와 제어전극(7)의 거리가 접근하도록 변화한다고 고려되고 있다.
이 때문에, 제어전극(7)의 전자빔 통과구멍을 통과해서 침투한 가속전극(8)로부터의 전계를 받기 쉽게 되고, 브라운관의 동작의 초기단계에서 설정한 음극전압에서는 컷오프상태로 되지 않게 되어 버린다.
따라서, 컷오프 상태로 되어야 할 때에도 음극(11)에서 전류가 흘러 형광면이 발광해 버리는 경우가 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
상술한 바와 같이 구성된 종래예 1의 전자관용 음극에서는 니켈로 이루어지는 기체금속(1)상에 형성된 텅스텐으로 이루어지는 금속층(5)가 동작중에 서서히 기체금속(1)의 표면에서 내부로 확산하고 니켈과 텅스텐의 금속간 화합물이 형성된다. 따라서, 표면에서부터 순차 순텅스텐층, 니켈과 텅스텐의 금속간 화합물층, 니켈금속층의 3층구조로 된다. 특히, 기체금속(1)의 표면근방에 형성되는 니켈과 텅스텐의 금속간 화합물층은 다른 층에 비해 밀도가 작으므로, 한쪽면으로 집중된 열응력에 의해 기체금속(1)이 변형된다고 추정된다. 이 때문에, 장기간의 동작 중에 제1그리드(즉, 제어전극(7))와 음극표면의 간격이 변동해 버려 컷오프 전압이 변동하고 화면의 밝기가 서서히 변동하거나 또는 컬러브라운관인 경우에는 색조가 변동하는 등의 문제를 갖고 있었다.
또, 종래예 2의 구성에 의한 고밀도 전류에서의 동작을 가능하게 한 전자관용 음극을 사용한 브라운관에 있어서도 그 장기간의 동작중에 기체금속(1)이 변형을 일으켜서 컷오프 전압이 초기의 상태에서 크게 변화한다.
이 때문에, 적색, 녹색, 청색의 전자빔에 대한 소정의 적정한 컷오프 특성이 얻어지지 않게 되어 발색의 불균형 또는 휘도의 변동이 발생하고 장기간에 걸쳐서 고품위의 화상을 유지할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 장기간의 동작시에 있어서의 기체금속(1)의 열응력에 의한 변형을 방지하고 컷오프 전압의 변동을 억제하는 것에 의해, 고휘도, 고선명도의 브라운관으로의 적용이 가능한 전자관용 음극을 제공하는 것이다.
[발명의 구성]
본 발명에 관한 전자관용 음극은 니켈을 주성분으로 하고 적어도 1종류의 환원제를 함유하는 기체금속, 이 기체금속의 표면 및 이면에 형성되고 기체금속에 함유되는 환원제 중의 적어도 1종류보다 환원성이 작거나 또는 동등하고 또한 니켈보다 환원성이 큰 금속으로 이루어지는 금속부재 및 상기 기체금속의 표면에 형성된 금속부재 상에 피착형성되고 적어도 바륨을 함유하는 알칼리토류 금속산화물과 희토류 금속산화물을 함유하는 전자방사 물질층을 구비한 것이다.
또, 본 발명에 관한 전자관용 음극은 주성분이 니켈로 이루어지고 적어도 1종류의 환원제를 함유해서 이루어지는 기체금속, 이 기체금속에 함유된 환원제 중의 적어도 1종류의 환원제와 환원성이 동등 또는 작고 또한 니켈보다 환원성이 큰 금속을 주성분으로 해서 기체금속의 표면상에 형성되는 금속층 및 이 금속층상에 바륨을 함유하는 알칼리토류 금속산화물을 피착해서 형성되는 전자방사 물질층을 구비한 전자관용 음극에 있어서, 금속층은 기체금속표면의 일부를 피복하도록 형성됨과 동시에 상기 전자방사 물질층은 상기 금속층 및 기체금속 표면 모두를 피복하도록 형성된 것이다.
또, 본 발명에 관한 전자관용 음극의 금속층은 기체금속에 형성된 후에 800℃∼1200℃의 온도범위에서 열처리가 실시된 것이다.
[발명의 실시예]
다음에 본 발명의 1실시예를 도면에 따라서 설명한다. 또한, 도면에 있어서 종래와 동일부호는 종래의 것과 동일 또는 상당하는 것을 나타낸다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명의 실시예 1인 전자관용 음극을 도시한 확대단면도이다. 도면에 있어서, (1)은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량 함유하고 니켈(Ni)을 주성분으로 하는 한쪽 끝이 폐쇄된 모자형상의 기체금속으로서, 대략 원통형상의 슬리브(4)의 한쪽 끝에 씌워서 고정되어 있다. (2)는 전자방사 물질층으로서, 이 전자방사 물질층(2)는 적어도 바륨(Ba)를 함유하고 그밖에 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)의 양쪽 또는 한쪽을 함유하는 알칼리토류 금속산화물(21)중으로 산화스칸듐 등의 희토류 금속산화물(22)를 분산시킨 구성이다. (5a)는 기체금속(1)과 전자방사 물질층(2) 사이에 피착형성된 텅스텐으로 이루어지는 금속층, (5b)는 기체금속(1)의 다른 한쪽의 한쪽면에 피착형성된 텅스텐으로 이루어지는 금속층이다.
다음에, 이와 같이 구성된 전자관용 음극의 제조법의 1예에 대해서 설명한다. 우선, 기체금속(1)을 세정한 후 진공중에서 기체금속(1)의 표면에 텅스텐으로 이루어지는 두께 1μm의 금속층(5a)를 증착 또는 스퍼터링 등의 방법에 의해 형성한다. 계속해서, 기체금속(1)의 이면측에서 마찬가지로 텅스텐으로 이루어지는 1μm의 금속층(5b)를 증착 또는 스퍼터링 등의 방법에 의해 형성한다. 다음에 니크롬제의 슬리브(4)에 용접을 실행한 후 수소분위기 중에서 약 1000℃의 열처리를 실행한다. 다음에, 희토류 금속산화물인 산화스칸듐을 알칼리토류 금속산화물에 중량비로 약 3% 분산시킨 전자방사 물질층(2)를 스프레이법에 의해 약 80μm의 두께로 기체금속(1)의 외측에 형성된 금속층(5a)상에 도포한다.
전자방사 물질층(2)가 도포된 후 이 음극은 전자총에 조립되고, 다음에 브라운관의 배기공정중에 히터(3)(도시하지 않음)에 의해 가열된다. 이때, 전자방사 물질층(2) 중의 3원 탄산염이 열분해에 의해 알칼리토류 금속산화물(21)로 변화한다. 배기공정 후, 또 고온가열되어 활성화가 실행된다. 이때, 알칼리토류 금속산화물(21)의 일부가 환원되어 전자방사 물질층(2)가 반도체적 성질을 갖게 되고, 금속층(5a)상에 알칼리토류 금속산화물(21)과 희토류 금속산화물(22)의 혼합물로 이루어지는 전자방사 물질층(2)가 형성된다.
이 활성화공정에 있어서 알칼리토류 금속산화물(21)의 일부는 다음과 같이 반응한다. 즉, 기체금속(1) 중에 함유된 실리콘, 마그네슘 등의 환원성 원소는 확산에 의해 금속층(5a)와 전자방사 물질층(2)의 계면으로 이동하여 알칼리토류 금속산화물(21)과 반응한다. 예를 들면, 알칼리토류 금속산화물(21)로서 산화바륨(BaO)를 예로 들면 다음 식 1, 식 2와 같이 반응하는 것이다.
[화학식 1]
4BaO+Si=2Ba+Ba2SiO4
[화학식 2]
BaO+Mg=Ba+MgO
이 반응의 결과, 금속층(5a)상에 피착형성된 알칼리토류 금속산화물(21)인 산화바륨(BaO)의 일부가 환원되어 산소결핍형의 반도체로 되고 전자방사가 용이하게 된다.
또, 알칼리토류 금속산화물(21)은 금속층(5a)의 성분인 텅스텐과는 다음 식 3과 같이 반응하고 마찬가지로 산소결핍형의 반도체로 된다.
[화학식 3]
2BaO+1/3W=Ba+1/3Ba3WO6
일반적으로 산화물 음극인 경우에는 상술한 반응시에 생성되는 부생성물에 의해 중간층이라 불리는 바륨실리케이트(Ba2SiO4), 산화마그네슘(MgO)나 바륨텅스텐산염(Ba3WO6)가 금속층(5a)와 전자방사 물질층(2)의 계면에 집중적으로 형성되므로, 이 중간층의 영향에 의해 마그네슘, 실리콘 및 텅스텐의 확산속도가 억제되고 그 결과 과잉 Ba의 공급부족이 발생하여 고전류 밀도동작을 제한한다. 한편, 전자방사 물질층(2)의 희토류 금속산화물(22)가 함유되는 경우는 산화스칸듐의 경우를 예로 들면 음극동작시의 금속층(5a)와 전자방사 물질층(2)의 계면에서는 기체금속(1) 중 및 금속층(5a)를 확산이동해 온 환원제의 일부와 산화스칸듐이 다음 식 4와 같이 반응해서 소량의 금속형상의 스칸듐이 생성되고 이 금속형상의 스칸듐은 상기 계면에 존재한다.
[화학식 4]
1/2SC2O3+3/2Mg=Sc+3/2MgO
이 금속형상의 스칸듐은 금속층(5a)상에 형성된 중간층, 예를 들면 Ba2SiO4를 다음 식 5와 같이 분해하는 작용을 갖고 있으므로, 과잉 Ba의 공급이 개선되고 희토류 금속산화물(22)가 함유되지 않는 경우보다 고전류 밀도동작이 가능하게 된다고 고려된다.
[화학식 5]
1/2Ba2SiO4+4/3Sc=Ba+1/2Si+2/3Sc2O3
본 실시예에 있어서의 전자관용 음극에서는 니켈로 이루어지는 기체금속(1)의 양면에 형성된 텅스텐으로 이루어지는 금속층(5a),(5b)가 동작중에 서서히 기체금속(1)의 표면 및 이면에서 내부로 확산하고, 니켈과 텅스텐의 금속간 화합물이 형성된다. 따라서, 표면 및 이면에서부터 순차 순텅스텐층, 니켈과 텅스텐의 금속간 화합물층, 니켈금속층의 3층구조로 된다. 특히, 기체금속(1)의 표면(이면) 근방에 형성되는 니켈과 텅스텐의 금속간 화합물층은 다른 층에 비해 밀도가 작고 종래의 한쪽 면에만 금속층(5)를 형성한 구조에서는 한쪽 면으로 집중한 열응력에 의해 기체금속(1)이 변형된다는 문제가 있었지만, 본 실시예에 의하면, 기체금속(1)의 양면에 금속층(5a),(5b)를 마련했으므로, 금속간 화합물이 기체금속(1)의 양면에 형성되고 기체금속(1)의 양면에 균등하게 열응력이 가해져 기체금속(1)의 변형이 방지된다.
제2도는 이와 같이 구성된 전자관용 음극을 브라운관용의 전자총에 조립하고, 제1그리드의 구멍직경이 0.4mm인 14인치의 디스플레이용 브라운관에서 수명 시험을 실시한 결과를 도시한 도면이다. 수명시험조건으로서는 히터전압을 정격 6.3V로 하고, 2.5시간 온(ON), 0.5시간 오프(OFF)의 간헐조건으로 하고, 또 음극으로부터의 인출 전류밀도는 2A/cm2로 하였다. 제2도에 있어서, 횡축은 수명시험시간, 종축은 컷오프 전압을 나타내고 초기값을 100으로 한 상대값으로 나타내고 있다. 제2도로부터는 본 실시예의 전자관용 전극은 종래의 구성의 것과 비교해서 컷오프 전압의 변화가 적고 컷오프 전압의 변동이 현저하게 개선되어 있다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면 희토류 금속산화물을 함유하는 전자방사 물질층(2)와 기체금속(1) 사이에 금속층(5a)를 형성했으므로 과잉 Ba의 생성이 촉진되고 고전류 밀도동작이 가능하게 됨과 동시에, 기체금속(1)의 이면에도 금속층(5b)를 형성했으므로 장기간의 동작중에 있어서 기체금속(1)의 양면에 균등한 열응력이 가해져 열응력에 의한 기체금속(1)의 변형이 방지되고 컷오프 전압의 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, 장기간의 동작시의 화면 밝기의 변동이나 또는 컬러브라운관의 경우에 색조의 변동을 방지할 수 있어 고휘도, 고선명도 브라운관으로의 적용이 가능한 전자관용 음극을 얻을 수 있다.
[실시예 2]
제3도는 본 발명의 실시예 2인 전자관용 음극을 도시한 확대단면도이다. 도면에 있어서, (6a)는 기체금속(1)상에 피착형성된 금속분말층, (6b)는 기체금속(1)의 다른 한쪽의 한쪽면에 피착형성된 금속분말층이다. 또한, 도면중 동일 또는 상당부분에는 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.
다음에, 이와 같이 구성된 전자관용 음극의 제조법의 1예에 대해서 설명한다. 우선, 기체금속(1)을 슬리브(4)에 용접한 후 세정을 실행하고, 계속해서 기체금속(1)의 표면에 입자직경이 0.5μm∼1.0μm인 텅스텐분말을 스프레이에 의해 피착하고, 두께 1μm∼3μm의 금속분말층(6a)를 형성한다. 이 피착형성의 수순은 우선 텅스텐분말을 바인더인 니트로셀룰로오스(硝化綿)와 유기용제인 초산부틸용액과 혼합하여 24시간 볼밀을 실행한다. 다음에, 통상의 스프레이방법에 의해 약 2μm의 두께로 되도록 기체금속(1)상에 도포한다. 계속해서 기체금속(1)의 이면측에서 마찬가지로 텅스텐분말에 의해 약 2μm 두께의 금속분말층(6b)를 형성한다. 이 경우는 스프레이법이라도 좋고 또는 일정량의 텅스텐분말과 용매로 이루어지는 페이스트를 슬리브(4)의 내부에 주입해서 피착형성시킬 수도 있다. 다음에, 수소분위기 중에서 약 1000℃의 열처리를 실행한다.
다음에, 희토류 금속산화물인 산화스칸듐을 알칼리토류 금속산화물에 중량비로 약 3% 분산시킨 전자방사 물질층(2)를 스프레이법에 의해 약 80μm의 두께로 기체금속(1)의 외측에 형성된 금속분말층(6a)상에 도포한다. 전자방사 물질층(2)가 도포된 후 이 음극은 전자총에 조립되고, 다음에 브라운관의 배기공정중에 히터(3)(도시하지 않음)에 의해 가열된다. 이때, 전자방사 물질층(2)내의 3원 탄산염은 열분해에 의해 알칼리토류 금속산화물(21)로 변화한다. 배기공정 후, 또 고온가열되어 활성화가 실행된다. 이때, 알칼리토류 금속산화물(21)의 일부가 환원되어 전자방사 물질층(2)가 반도체적 성질을 갖게 되고, 금속분말층(6a)상에 알칼리토류 금속산화물(21)과 희토류 금속산화물(22)의 혼합물로 이루어지는 전자방사 물질층(2)가 형성된다.
이 활성화공정에 있어서, 본 실시예에서 설명한 전자관용 음극에 있어서도 상술한 실시예 1에서 기재한 식 1∼식 5와 같은 반응이 실행된다.
본 실시예에 의한 전자관용 음극에 있어서는 텅스텐으로 이루어지는 금속분말층(6a),(6b)가 동작중에 서서히 니켈로 이루어지는 기체금속(1)의 표면 및 이면에서 내부로 확산하는 것에 의해 형성되는 니켈과 텅스텐의 금속간 화합물이 기체금속(1)의 양면에 형성되므로, 장기간의 동작 중에 있어서 기체금속(1)의 양면에 균등하게 열응력이 가해져서 기체금속(1)의 변형이 방지된다.
제4도는 이와 같이 구성된 전자관용 음극을 브라운관용의 전자총에 조립하고, 제1그리드의 구멍직경이 0.4mm인 14인치의 디스플레이용 브라운관에서 수명시험을 실시한 결과를 도시한 도면이다. 수명시험조건으로서는 히터전압을 정격 6.3V로 하고, 2.5시간 ON, 0.5시간 OFF의 간헐조건으로 하고, 또 음극으로부터의 추출전류 밀도는 2A/cm2로 하였다. 제4도에 있어서, 횡축은 수명시험시간, 종축은 컷오프 전압을 나타내고 초기값을 100으로 한 상대값으로 나타내고 있다. 제4도로부터는 본 실시예의 전자관용 음극에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로 종래 구성의 것과 비교해서 컷오프 전압의 변화가 적어 컷오프 전압의 변동이 현저하게 개선되어 있다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면 희토류 금속산화물을 함유하는 전자방사 물질층(2)와 기체금속(1) 사이에 금속분말층(6a)를 형성했으므로 과잉 Ba의 생성이 촉진되고 고전류 밀도동작이 가능하게 됨과 동시에, 기체금속(1)의 이면에도 금속분말층(6b)를 형성했으므로 장기간의 동작중에 있어서 기체금속(1)의 양면에 균등한 열응력이 가해져 열응력에 의한 기체금속(1)의 변형이 방지되고 컷오프 전압의 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, 장기간의 동작시의 화면 밝기의 변동이나 또는 컬러브라운관의 경우에 색조의 변동을 방지할 수 있어 고휘도, 고선명도 브라운관으로의 적용이 가능한 전자관용 음극을 얻을 수 있다.
[실시예 3]
제5도는 본 발명의 실시예 3인 전자관용 음극을 도시한 확대단면도이다. 도면에 있어서, (5)는 기체금속(1)과 전자방사 물질층(2) 사이에 피착형성된 금속층이다. (6)은 기체금속(1)의 다른 한쪽의 한쪽 면에 피착형성된 금속분말층이다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
다음에, 이와 같이 구성된 전자관용 음극의 제조법의 1예에 대해서 설명한다. 우선, 기체금속(1)을 슬리브(4)에 용접한 후 세정을 실행하고, 계속해서 진공 중에서 기체금속(1)의 표면에 텅스텐으로 이루어지는 두께 1μm의 금속층(5)를 증착 또는 스퍼터링법에 의해 형성한다. 계속해서 기체금속(1)의 이면에 입자직경이 0.5μm∼1.0μm인 텅스텐분말을 스프레이에 의해 피착하고, 두께 1μm∼3μm의 금속분말층(6)을 형성한다. 이 피착형성의 수순은 우선 텅스텐분말을 바인더인 니트로셀룰로오스와 유기용제인 초산부틸용액과 혼합하여 24시간 볼밀을 실행한다. 다음에 통상의 스프레이방법에 의해 약 2μm의 두께로 되도록 기체금속(1)의 이면측에 도포한다. 이 도포는 스프레이법 이외에 예를 들면 일정량의 텅스텐분말과 용매로 이루어지는 페이스트를 슬리브(4)의 내부에 주입해서 피착형성시킬 수도 있다. 다음에, 수소분위기 중에서 약 1000℃의 열처리를 실행한다. 그 후에는 실시예 1, 2와 마찬가지로 전자방사 물질층(2)를 스프레이법에 의해 기체금속(1)의 외측에 형성된 금속층(5)상에 도포한 후 전자총에 조립하고, 다음에 브라운관의 배기공정중에 히터(3)(도시하지 않음)에 의해 가열하고 또 고온가열에 의해 활성화를 실행한다. 이 활성화공정에 있어서, 본 실시예에서 설명한 전자관용 음극에 있어서도 상술한 실시예 1에서 기재한 식 1∼식 5와 같은 반응이 실행된다.
본 실시예에 의한 전자관용 음극에 있어서는 텅스텐으로 이루어지는 금속층(5) 및 금속분말층(6)이 동작중에 서서히 니켈로 이루어지는 기체금속(1)의 표면 및 이면에서 내부로 확산하는 것에 의해 형성되는 니켈과 텅스텐의 금속간 화합물이 기체금속(1)의 양면에 형성되므로, 장기간의 동작중에 있어서 기체금속(1)의 양면에 균등하게 열응력이 가해져 기체금속(1)의 변형이 방지된다.
제6도는 이와 같이 구성된 전자관용 음극을 브라운관용의 전자총에 조립하고, 제1그리드의 구멍직경이 0.4mm인 14인치의 디스플레이용 브라운관에서 수명시험을 실시한 결과를 도시한 도면이다. 수명시험조건으로서는 히터전압을 정격 6.3V로 하고, 2.5시간 ON, 0.5시간 OFF의 간헐조건으로 하고, 또 음극으로부터의 추출전류밀도는 2A/cm2로 하였다. 제6도에 있어서, 횡축은 수명시험시간, 종축은 컷오프 전압을 나타내고 초기값을 100으로 한 상대값으로 나타내고 있다. 제6도로부터는 본 실시예의 전자관용 음극에 있어서도 실시예 1 및 2와 마찬가지로 종래 구성의 것과 비교해서 컷오프 전압의 변화가 적어 컷오프 전압의 변동이 현저하게 개선되어 있다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면 희토류 금속산화물을 함유하는 전자방사 물질층(2)와 기체금속(1) 사이에 금속층(5)를 형성했으므로 과잉 Ba의 생성이 촉진되고 고전류 밀도동작이 가능하게 됨과 동시에, 기체금속(1)의 이면에도 금속분말층(6)를 형성했으므로 장기간의 동작중에 있어서 기체금속(1)의 양면에 균등한 열응력이 가해져 열응력에 의한 기체금속(1)의 변형이 방지되고 컷오프 전압의 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, 장기간의 동작시의 화면 밝기의 변동이나 또는 컬러브라운관의 경우에 색조의 변동을 방지할 수 있어 고휘도, 고선명도 브라운관으로의 적용이 가능한 전자관용 음극을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 전자방사 물질층(2)와 기체금속(1) 사이에 금속층(5)를 형성하고 기체금속(1)의 이면에 금속분말층(6)을 형성했지만, 전자방사 물질층(2)와 기체금속(1) 사이에 금속분말층, 기체금속(1)의 이면에 금속층의 조합이라도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또, 실시예 1∼3에 있어서는 주성분이 니켈로 이루어지는 기체금속중에 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)의 환원성 금속을 미량 함유하는 것을 사용했지만, 실리콘 또는 마그네슘 중의 적어도 어느 1종류만인 경우라도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또, 기체금속중의 환원제보다 환원성이 작거나 또는 동등하고 또한 기체금속의 니켈보다 환원성이 큰 금속층 또는 금속분말층으로서 텅스텐(W)의 경우를 예로서 설명했지만, 텅스텐에 한정되지 않고 몰리브덴(Mo), 탄타늄(Ta), 크롬(Cr) 등의 금속이어도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
[실시예 4]
제7도는 본 발명의 실시예 4에 의한 전자관용 음극의 개략구성을 도시한 도면이다.
도면에 있어서, (1)은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량 함유하고 주성분이 니켈로 이루어지는 원반형상의 기체금속, (4)는 대략 원통형상의 니크롬 등으로 구성되고 그 한쪽 끝에 기체금속(1)이 끼워넣어져 고정시켜 마련된 음극슬리브(단지 슬리브라고도 한다), (3)은 음극슬리브(4)내에 마련된 히터이다.
또, (50)은 원반형상의 기체금속(1)의 히터(3)과는 반대측의 면상의 중심부에 있어서 기체금속(1)의 직경보다 작은 직경을 갖고 원형상으로 형성된 금속층으로서, 이 금속층(50)은 기체금속(1)에 함유되는 환원성 원소 중의 적어도 1종류와 환원성이 동등 또는 작고 또한 니켈보다 환원성이 큰 환원성 원소(예를 들면, 텅스텐(W)등)을 주성분으로 하고 있다.
또, (20)은 금속층(50)의 표면 및 그 외주부에 있는 기체금속(1)의 표면 전체를 덮도록 피착해서 형성된 전자방사 물질층으로서, 적어도 바륨(Ba)을 함유하고 그밖에 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)를 함유하는 알칼리토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 0.1∼20중량%의 산화스칸듐(Sc2O3) 등의 희토류 금속산화물을 함유하고 있다.
전자방사 물질층(20)은 음극슬리브(4)내에 마련된 히터(3)의 가열에 의해 열전자를 방출한다.
다음에, 이와 같이 구성된 전자관용 음극의 제조방법의 1예에 대해서 설명한다. 우선, 원반형상의 금속으로 구성된 기체금속(1)은 니크롬제의 음극슬리브(4)의 한쪽 끝에 용접에 의해 고정시킨 후에 세정하고, 또 진공중에서 이 기체금속(1)의 금속표면에 기체금속(1)과 동심이고 또한 기체금속(1)의 직경보다 작은 원형상으로 텅스텐 등의 환원성 원소를 주성분으로 하는 금속의 증착을 실행하여 금속층(50)을 형성한다.
다음에, 수소분위기 중에 있어서 예를 들면 약 1000℃의 온도에서 열처리를 실행한다.
또한, 1예로서 기체금속(1)의 직경은 1.5mm, 금속층(50)의 직경은 제어전극(7)의 전자빔 통과구멍과 동일한 0.5mm로 하고, 금속층(50)의 증착두께는 1μm로 하였다.
다음에, 희토류 금속산화물인 산화스칸듐을 바륨, 스트론튬, 칼슘을 함유하는 알칼리토류 금속의 탄산염에 중량비로 약 3% 혼합하고, 니트로셀룰로오스 및 초산부틸 알콜로 이루어지는 용제에 혼합한 현탁액을 작성하고, 상술한 금속층(50)의 표면 및 금속층(50)의 외주부 주변의 기체금속(1)의 표면 전체를 덮도록 스프레이법에 의해 두께 약 100μm 정도로 도포해서 전자방사 물질층(20)을 형성하였다.
다음에, 전자총의 구성 및 그 제조방법에 대해서 설명한다.
우선, 상술한 전자관용 음극의 슬리브(4)내에 가열용의 히터(3)을 마련하고, 제어전극(7), 가속전극(8), 집속전극(9) 및 고압전극(10)이 절연유지재에 의해 절연성을 유지하고 일체적으로 조립된 전자총을 제작한다.
여기에서 제어전극(7)의 전자빔 통과구멍의 직경은 0.5mm로 하였다.
그후, 이 전자총을 브라운관에 봉지(封止)하고, 배기공정에서 히터(3)의 가열에 의해 전자방사 물질층(20) 중의 알칼리토류 금속탄산염의 분해를 실행하여 알칼리토류 금속산화물로 변환시킨다.
또, 이 활성화공정 중에 기체금속(1)의 금속 및 금속층(50)의 환원성 원소에 의해 이 알칼리토류 금속산화물은 일부가 환원되어 알칼리토류 금속으로 되고 전자방사원으로 된다.
제8도는 본 실시예 4에 의한 전자관용 음극을 사용해서 제조된 브라운관의 수명시험의 결과이다. 수명시험의 조건은 히터전압을 정격 6.3V로 하고, 히터로의 통전은 2.5시간 통전하고 0.5시간은 통전을 실행하지 않는 간헐통전으로 하였다. 또, 음극으로부터의 추출전류 밀도는 2A/cm2로 하였다.
이 제8도에 있어서, 횡축은 수명시험시간, 종축은 컷오프 전압이고 초기값의 컷오프 전압을 100으로 한 상대값으로 나타내고 있다.
컷오프 전압의 변동은 20%정도 이내(즉, 초기값을 100으로 했을 때, 80이상)이면 실용상 지장은 없고, 이 도면에서 명확한 바와 같이 본 실시예 4에 의한 전자관용 음극을 사용한 브라운관에 의하면 장기간 동작시켰을 때의 컷오프 전압의 경시변화는 종래구성의 것에 비해 매우 개선되어 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 종래의 음극은 본 실시예와는 기본적으로는 마찬가지의 구성이지만, 기체금속(1)상에 형성한 금속층(5)의 직경을 기체금속(1)의 직경과 동일한 1.5mm로 하였다.
다음에, 이와 같은 본 실시예 4에 의한 개선효과의 이유에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 일반적으로 이종금속을 접합시키고 1000℃ 정도의 고온에서 열처리를 실시한 경우, 접하고 있는 금속끼리가 상호 확산을 하여 접촉면을 중심으로 합금층이 형성된다.
또, 통상 생성된 합금의 체적은 원래금속의 결정형과는 달리 금속층(50)의 주성분인 텅스텐 등의 환원성 원소의 금속과 기체금속(1)의 주성분인 니켈의 합금에서는 팽창(체적의 증가)을 발생시키므로, 하지의 니켈과의 작용에 의해 기체금속(1)의 전체가 금속층측으로 볼록형상으로 만곡된다.
본 실시예에서도 종래와 마찬가지로 기체금속(1)의 금속과 금속층(50)의 계면에서 합금층이 형성되지만, 금속층(50)은 기체금속(1)의 중앙부의 일부에 형성되어 있으므로 종래예에 비해 합금층이 형성되는 면적이 적으므로 제9도에 도시한 바와 같이 기체금속(1)의 변형량은 종래의 경우에 비해 적어진다.
이 때문에, 금속층(50)상에 형성된 전자방사 물질층(20)과 제어전극(7)의 간격이 종래예보다 변동하기 어렵고, 결과적으로 컷오프 전압의 경시적인 변동이 적은 전자관용 음극의 실현이 가능하게 된다.
[실시예 5]
제10도는 본 발명의 실시예 5에 의한 전자관용 음극의 구성을 도시한 도면이다. 기본적인 구성 및 제조공정은 상술한 실시예 1과 거의 동일하다.
제10도에 있어서, (1)은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량함유하고 주성분이 니켈로 이루어지는 원반형상의 기체금속, (4)는 대략 원통형상의 니크롬 등으로 구성되고 그의 한쪽 끝에 기체금속(1)이 고정되어 마련된 음극슬리브, (3)은 음극슬리브(4)내에 마련된 히터이다.
또, (51)은 원반형상의 기체금속(1)의 히터(3)과는 반대측의 면상에 있어서 메시에 의해 마스킹한 기체금속(1)의 표면 전체에 걸쳐서 진공증착에 의해 분산적으로 형성된 여러개의 금속층으로서, 이 금속층(51)은 기체금속(1)에 함유되는 환원성 원소중의 적어도 1종류와 환원성이 동등 또는 작고 또한 니켈보다 환원성이 큰 환원성 원소(예를 들면, 텅스텐(W)등)을 주성분으로 하고 있다.
여기에서, 증착에 의해 형성된 금속층(51)의 증착두께는 약 1μm, 마스킹을 위한 메시는 100mesh인 것을 사용하고 있다.
또, (25)는 상술한 그물코(메시)형상의 금속층(51) 및 금속층(51)이 형성되어 있지 않은 기체금속(1)의 표면 전체를 덮도록 피착해서 형성된 전자방사 물질층으로서, 적어도 바륨(Ba)을 함유하고 그밖에 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)를 함유하는 알칼리토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 0.1∼20중량%의 산화스칸듐(Sc2O3) 등의 희토류 금속산화물을 함유하고 있다.
전자방사 물질층(25)는 음극슬리브(4) 내에 마련된 히터(3)의 가열에 의해 열전자를 방출한다.
제11도는 본 실시예 5에 의한 전자관용 음극을 사용해서 제조된 브라운관의 수명시험의 결과이다.
수명시험의 조건은 히터전압을 정격 6.3V로 하고, 히터로의 통전은 2.5시간 통전하고 0.5시간은 통전을 실행하지 않는 간헐통전으로 하였다. 또, 음극으로부터의 추출전류밀도는 2A/cm2로 하였다.
제8도와 마찬가지로 이 제11도에 있어서도 횡축은 수명시험시간, 종축은 컷오프 전압이고, 초기값의 컷오프 전압을 100으로 한 상대값으로 나타내고 있다.
제11도에서 명확한 바와 같이, 본 실시예 5에 의한 전자관용 음극을 사용한 브라운관에 의해서도 장기간 동작시켰을 때의 컷오프 전압의 경시변화는 종래구성의 것에 비해 매우 개선되어 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 종래의 음극은 본 실시예와는 기본적으로는 마찬가지의 구성이고, 기체금속(1)상에 형성한 금속층(5)의 직경을 기체금속(1)의 직경과 동일한 1.5mm로 하였다.
다음에, 본 실시예 5에 의한 전자관용 음극을 사용한 브라운관의 컷오프 전압의 경시변동이 종래예에 비해 적어지는 이유를 설명한다.
제12도는 수명시험 후의 기체금속(1) 및 금속층(51)의 단면의 개략도이지만, 종래예와 같이 기체금속(1)의 전면에 금속층을 형성하는 것이 아니라 금속층(51)을 여러개 분산시켰으므로, 실시예 4의 경우와 마찬가지로 금속층(51)의 주성분인 텅스텐 등의 환원성 금속과 기체금속(1)의 주성분인 니켈의 합금화에 의한 합금층의 면적이 작아지고, 따라서 합금화에 의해 발생되는 기체금속(1)의 만곡의 정도가 억제되며 결과적으로 컷오프 변동이 적어진다는 것이 고려된다.
[실시예 6]
제13도는 본 발명의 실시예 6에 의한 전자관용 음극의 구성을 도시한 도면이다. 기본적인 구성 및 제조공정은 상술한 실시예 4 또는 5와 거의 마찬가지이다.
제13도에 있어서, (1)은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 등의 환원성 원소를 미량함유하고 주성분이 니켈로 이루어지는 원반형상의 기체금속, (4)는 대략 원통형상의 니크롬 등으로 구성되고 그의 한쪽 끝에 기체금속(1)이 고정되어 마련된 음극슬리브, (3)은 음극슬리브(4)내에 마련된 히터이다.
또, (60)은 원반형상의 기체금속(1)의 히터(3)과는 반대측의 면상에 있어서 기체금속(1)의 직경보다 작은 직경을 갖고 원형상으로 형성된 금속분말층으로서, 이 금속분말층(60)은 기체금속(1)에 함유되는 환원성 원소중의 적어도 1종류와 환원성이 동등 또는 작고 또한 니켈보다 환원성이 큰 환원성 원소(예를 들면, 텅스텐(W)등)을 주성분으로 하고 있다.
또한, 이 금속분말층(60)으로서 사용되는 금속분말은 예를 들면 평균 입자 직경이 약 1μm인 텅스텐이다.
또, 금속분말층(60)은 그의 두께를 약 2μm으로 하고 기체금속(1)상의 중심부에 직경이 약 0.5mm인 원형상으로 스프레이법에 의해 도포되어 있다.
본 실시예 6은 상술한 실시예 4에 있어서의 금속층(50)의 부위를 금속분말층(60)으로 치환한 것을 특징으로 한다.
또, (26)은 상술한 금속분말층(60) 및 기체금속(1)의 표면 전체를 덮도록 피착해서 형성된 전자방사 물질층으로서, 적어도 바륨(Ba)을 함유하고 그밖에 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)를 함유하는 알칼리토류 금속산화물을 주성분으로 하고, 0.1∼20중량%의 산화스칸듐(Sc2O3) 등의 희토류 금속산화물을 함유하고 있다. 전자방사 물질층(26)은 음극슬리브(4)내에 마련된 히터(3)의 가열에 의해 열전자를 방출한다.
제14도는 본 실시예 6에 의한 전자관용 음극을 사용해서 제조된 브라운관의 수명시험의 결과이다.
수명시험의 조건은 히터전압을 정격 6.3V로 하고, 히터로의 통전은 2.5시간 통전하고 0.5시간은 통전을 실행하지 않는 간헐통전으로 하였다. 또, 음극으로부터의 추출전류밀도는 2A/cm2로 하였다.
제8도는 또는 제11도와 마찬가지로 이 제14도에 있어서도 횡축은 수명시험시간, 종축은 컷오프 전압이고 초기값을 100으로 한 상대값으로 나타내고 있다.
제14도에서 명확한 바와 같이, 본 실시예 6에 의한 전자관용 음극을 사용한 브라운관에 의해서도 장기간 동작시켰을 때의 컷오프 전압의 경시변화는 종래구성의 것에 비해 매우 개선되어 있다는 것을 알 수 있다.
다음에, 본 실시예 6에 의한 전자관용 음극을 사용한 브라운관의 컷오프 전압의 경시변동이 종래예에 비해 적어지는 이유를 설명한다.
제15도는 수명시험 후의 기체금속(1) 및 금속분말층(60)의 단면개략도이지만, 종래예와 같이 기체금속의 전면에 금속층을 형성하는 것은 아니라 금속분말층(60)을 기체금속(1) 중심부의 직경 0.5mm 정도의 범위로 했으므로, 상술한 바와 같은 금속분말층(60)의 주성분인 텅스텐과 기체금속(1)의 주성분인 니켈의 합금화에 의한 합금층의 면적이 작아지고, 따라서 합금화에 의해 발생되는 기체금속(1)의 만곡 정도가 억제되며 결과적으로 브라운관의 장기간 동작에 있어서의 컷오프 전압의 변동이 적어지는 것이라고 고려된다.
[실시예 7]
제16도는 금속층을 기체금속상에 형성한 후에 실행하는 열처리의 온도를 변경해서 브라운관의 수명시험 후(6000Hr 경과후)에 있어서의 컷오프 전압의 변동정도를 초기값을 100으로 해서 나타낸 것이다.
여기에서, 음극의 구성, 공정 및 시험조건은 실시예 4와 마찬가지이지만, 열처리온도를 수소분위기 중에서 각각 600℃∼1300℃로 하였다.
제16도에 도시한 시험결과로부터는 컷오프 전압의 변동은 열처리온도가 800℃∼1200℃인 범위에서는 실용상 문제없을 정도로 작고, 1000℃∼1200℃의 범위에서는 더욱 변동이 작다는 것을 알 수 있었다.
또, 실시예 5 및 6에 있어서도 마찬가지의 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.
다음에, 이 이유에 대해서 설명한다. 다른 금속층을 접합하고 브라운관 동작시와 같은 열을 상기 금속층에 부여한 경우, 상술한 바와 같이 그의 접합면 부근에서 합금층이 발생되어 결정구조가 변하기 때문에 팽창 또는 수축에 의해 변형을 발생시킨다.
그러나, 합금층에 의한 변형을 브라운관의 동작시가 아니라 미리 전자총에 조립하기 전의 음극의 단계에서 열처리에 의해 발생시키고, 그후의 브라운관 조립후의 변형이 문제로 되지 않을 정도까지 안정화시켰기 때문에 컷오프 변화가 종래보다 작아졌다고 고려된다.
또한, 이 안정화는 금속층 형성후의 열처리를 고온으로 하는 것에 의해 달성시킬 수 있다. 또, 1200℃를 초과하는 열처리온도에서 특성의 열화(劣化)를 발생시키는 것은 기체금속의 주성분으로서 니켈을 사용하고 있으므로 온도에 의한 열변형이 발생했기 때문이다.
[발명의 효과]
이상과 같이, 본 발명에 관한 전자관용 음극에 의하면, 니켈을 주성분으로 하고 적어도 1종류의 환원제를 함유하는 기체금속, 이 기체금속, 이 기체금속의 표면 및 이면에 형성되고 상기 환원제 중의 적어도 1종류보다 환원성이 작거나 또는 동등하고 또한 니켈보다 환원성이 큰 금속으로 이루어지는 금속부재 및 상기 기체금속의 표면에 형성된 금속부재상에 피착형성되고 적어도 바륨을 함유하는 알칼리토류 금속산화물과 희토류 금속산화물을 함유하는 전자방사 물질층을 구비했으므로, 과잉 Ba의 생성이 촉진되어 고전류밀도 동작이 가능하게 됨과 동시에 장기간의 동작중에 있어서 기체금속의 양면에 균등한 열응력이 가해져 열응력에 의한 기체금속의 변형이 방지되고 컷오프 전압의 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, 장기간의 동작 시의 화면 밝기의 변동이나 또는 컬러브라운관인 경우에는 색조의 변동을 방지할 수 있어 고휘도, 고선명도의 브라운관으로의 적용이 가능한 전자관용 음극을 얻을 수 있다는 효과가 있다.
또, 본 발명에 관한 전자관용 음극에 의하면, 주성분이 니켈로 이루어지고 적어도 1종류의 환원제를 함유해서 이루어지는 기체금속, 이 기체금속에 함유된 환원제 중의 적어도 1종류의 환원제와 환원성이 동등 또는 작고 또한 니켈보다 환원성이 큰 금속을 주성분으로 하고 기체금속의 표면상에 형성되는 금속층 및 이 금속층상에 바륨을 함유하는 알칼리토류 금속산화물을 피착해서 형성되는 전자방사 물질층을 구비한 전자관용 음극에 있어서, 금속층은 기체금속 표면의 일부를 덮도록 형성됨과 동시에 전자방사 물질층은 금속층 및 기체금속 표면 모두를 덮도록 형성한 것에 의해, 기체금속 및 기체금속의 상부에 형성된 전자방사 물질층의 경시적인 변형에 기인하는 브라운관 등의 전자관의 컷오프 특성의 변동을 억제할 수 있으므로, 장기간에 걸쳐서 발색의 불균형이나 휘도의 변동이 발생하지 않는 고품위의 전자관용 음극을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또, 본 발명에 관한 전자관용 음극의 금속층은 기체금속의 표면에 형성된 후에 800℃∼1200℃의 온도범위에서 열처리가 실시되므로, 기체금속과 금속층의 접합부의 합금층에 의한 변형을 전자관의 동작시가 아니라 미리 전자총에 조립하기 전의 음극제조의 단계에서 열처리에 의해 발생시키고 있으므로, 그후의 전자관의 장기간의 동작에 있어서의 컷오프 전압의 변화를 더욱 안정화된 상태로 개선할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 니켈을 주성분으로 하고, 적어도 1종류의 환원제를 함유하는 기체금속; 상기 기체금속의 표면 및 이면에 형성되고, 상기 환원제 중의 적어도 1종류보다 환원성이 작거나 또는 동등하고 또한 니켈보다 환원성이 큰 금속으로 이루어지는 금속부재 및; 상기 기체금속의 표면에 형성된 금속부재상에 피착형성되고, 적어도 바륨을 함유하는 알칼리토류 금속산화물과 희토류 금속산화물을 함유하는 전자방사 물질층을 구비한 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
  2. 주성분이 니켈로 이루어지고, 적어도 1종류의 환원제를 함유해서 이루어지는 기체금속; 상기 기체금속에 함유된 환원제 중의 적어도 1종류의 환원제와 환원성이 동등하거나 또는 작고 또한 니켈보다 환원성이 큰 금속을 주성분으로 하며 상기 기체금속의 표면상에 형성되는 금속층 및; 상기 금속층 상에 바륨을 함유하는 알칼리토류 금속산화물을 피착해서 형성되는 전자방사 물질층을 구비한 전자관용 음극에 있어서, 상기 금속층은 상기 기체금속 표면의 일부를 덮도록 형성됨과 동시에, 상기 전자방사 물질층은 상기 금속층 및 상기 기체금속 표면 모두를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속층은 기체금속에 형성된 후에 800℃∼1200℃의 온도범위에서 열처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 전자관용 음극.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW398003B (en) * 1998-06-25 2000-07-11 Koninkl Philips Electronics Nv Electron tube comprising a semiconductor cathode
KR100297687B1 (ko) * 1998-09-24 2001-08-07 김순택 전자총용음극
DE10045406A1 (de) * 2000-09-14 2002-03-28 Philips Corp Intellectual Pty Kathodenstrahlröhre mit dotierter Oxidkathode
US6995502B2 (en) * 2002-02-04 2006-02-07 Innosys, Inc. Solid state vacuum devices and method for making the same
WO2004001784A1 (ja) * 2002-06-19 2003-12-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha カットオフ電圧の変動低減方法、電子管用カソード及び電子管用カソードの製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4716991Y1 (ko) * 1969-06-12 1972-06-14
JPH01213935A (ja) * 1988-02-23 1989-08-28 Mitsubishi Electric Corp 電子管用陰極

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3031740A (en) * 1958-03-12 1962-05-01 Eitel Mccullough Inc Matrix type cathode
DE1120605B (de) * 1960-09-21 1961-12-28 Siemens Ag Oxydkathode
JPS536560A (en) * 1976-07-07 1978-01-21 Hitachi Ltd Manufacture of cathode for direct heating type cathode ray tube
US4273683A (en) * 1977-12-16 1981-06-16 Hitachi, Ltd. Oxide cathode and process for production thereof
JPS5814017B2 (ja) * 1978-04-05 1983-03-17 株式会社日立製作所 電子管用直熱型陰極
US4636681A (en) * 1978-07-27 1987-01-13 Hitachi, Ltd. Directly heated cathode
JPS5857630B2 (ja) * 1979-07-02 1983-12-21 株式会社日立製作所 点火装置
JPS569660A (en) * 1979-07-04 1981-01-31 Hitachi Ltd Contactless ignition device
JPS5730235A (en) * 1980-07-30 1982-02-18 Hitachi Ltd Directly-heated cathode for electron tube
JPS5734631A (en) * 1980-08-09 1982-02-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hot cathode
JPH01212925A (ja) * 1988-02-20 1989-08-25 Fujitsu General Ltd 広帯域無線送信機のオートパワーコントロール回路
KR910009660B1 (ko) * 1988-02-23 1991-11-25 미쓰비시전기 주식회사 전자관용 산화물피복음극
JPH0322320A (ja) * 1989-06-20 1991-01-30 Mitsubishi Electric Corp 電子管陰極
JP2758244B2 (ja) * 1990-03-07 1998-05-28 三菱電機株式会社 電子管用陰極
JPH07107824B2 (ja) * 1990-12-21 1995-11-15 三菱電機株式会社 電子管用陰極

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4716991Y1 (ko) * 1969-06-12 1972-06-14
JPH01213935A (ja) * 1988-02-23 1989-08-28 Mitsubishi Electric Corp 電子管用陰極

Also Published As

Publication number Publication date
US6091189A (en) 2000-07-18
KR970051689A (ko) 1997-07-29
TW375753B (en) 1999-12-01
CN1157468A (zh) 1997-08-20
CN1090802C (zh) 2002-09-11
NL1004830C2 (nl) 1998-05-14
NL1004830A1 (nl) 1997-07-02

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